Helium er et element kjent som edelgass. Det er fargeløst og luktfritt, og det er utbredt i hele universet. Du vet kanskje om helium fra heliumballonger som flyter. Elementet helium har imidlertid mange flere bruksområder enn festballonger. Den brukes også i bilkollisjonsputer, høyteknologisk utstyr, medisinsk utstyr og fly. Helium fortsetter å være en viktig komponent i det moderne liv, selv om du ikke kan se det direkte.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Helium er det nest mest utbredte elementet i universet. Selv om du ikke kan se eller lukte det, har helium mange dagligdags bruk, innen teknologi, medisin og til og med i biler.
Hvorfor er Helium viktig for verden?
For å forstå heliums betydning for verden, hjelper det å lære mer om elementets egenskaper. I tillegg er det avgjørende å lære om historien og hvordan dens tilbudsproblemer inngår i aspekter av det moderne livet.
Helium er et grunnstoff som eksisterer i gassform. Dens atomsymbol er "Han", og atomnummeret er 2 på det periodiske systemet. Heliums smeltepunkt er det laveste av alle elementene, og kokepunktet er -452 grader Fahrenheit. Bare helium kan forbli flytende selv om temperaturen senkes. Den vil størkne bare ved ekstremt trykk. Disse egenskapene gjør helium uunnværlig for visse nyere teknologier som superledende materialer.
Elementet helium er det nest eneste av hydrogen i sin overflod i universet. Helium finnes i hver stjerne, og det er mest rikelig i de aller hotteste stjernene. Den er produsert av kjernefusjonsreaksjoner i stjerner. Faktisk ble helium oppdaget først mens vi studerte vår egen stjerne, solen. Helium er utbredt i solen; det er et essensielt element og derfor viktig for verden.
Helium ble ikke oppdaget før 18. august 1868. En fransk astrofysiker ved navn Pierre Jules Cesar Janssen brukte et nytt astronomisk apparat kalt spektroskop for å observere lysbølgelengder. Spektroskopet viste spektra, eller lysbølgelengder, som fargebånd. Mens han observerte den formørkede solen med et spektroskop, fant Janssen en bølgelengde i solens lys som ikke tilsvarte noe annet element som ennå er funnet på jorden, i form av en lys gul linje. Janssen innså at han hadde oppdaget et nytt element. En annen astronom, engelskmannen Norman Lockyer, gjorde også denne observasjonen mens han så på solen. Begge to hadde observert elementet helium, som Lockyer oppkalte etter det greske ordet for solen. Til slutt, i 1882, ble helium faktisk oppdaget på jorden, i lavaen på Vesuvius, da fysikeren Luigi Palmieri fant de lyse gule spektrene mens han analyserte lavaen. Senere gjennomførte William Ramsay eksperimenter som viste at helium eksisterte på jorden; han fant ut at når elementet radium forfalt, produserte det helium. Per Teodor Cleve og Nils Abraham Langer ville i 1895 avskrekke heliums atomvekt.
Å studere helium hjelper forskere bedre å forstå ikke bare jorden, men også de andre planetene. I solsystemet oppdaget forskere helium i atmosfæren til de gigantiske gassplanetene Jupiter og Saturn. På Saturn faller et slags heliumregn, blandet med flytende hydrogen, ut i atmosfæren i et ekstremt miljø med temperatur og trykk. Forskere tror at dette helium-“regnet” faller til kjernen av planeten. Den frigjorte gravitasjonspotensielle energien kan være det som får Saturn til å skinne så sterkt, en funksjon som har forundret forskere i årevis.
Over tid lærte forskere mer om egenskapene til helium. Beskrivelsen av helium er at det er fargeløst og luktfritt, og lettere enn luft. Dette er grunnen til at heliumfylte ballonger flyter, og helium er ikke veldig løselig i vann. Elementets inerte kvaliteter er ofte beskrevet i beskrivelsen av helium. Historisk sett ansett som kjemisk inert, har den en tendens til ikke å reagere med andre elementer. Helium ønsker ikke å gi opp sine to elektroner; den forblir stabil med sitt elektronskall. På grunn av dette er helium kategorisert som en av de edle gassene, sammen med neon, argon, radon og andre edelgasser på det periodiske systemet.
Nylig oppdaget forskere at helium ikke er helt inert, som en gang trodde. Da de oppdaget krystaller laget av elementene helium og natrium, fant forskerne at helium kan kombineres med andre atomer mens den ikke deler elektronene sine - med andre ord, den kombineres med andre atomer, men danner ikke kjemiske bindinger i prosessen. I stedet beskytter den positivt ladede atomer fra hverandre og motvirker den frastøtende kraften som normalt skyver dem fra hverandre. Under ekstremt trykk, som det kan være i jordens kjerne, komprimerer helium og hydrogen og danner stabile forbindelser. Forskere kan avdekke mer fascinerende aspekter av elementet helium, og om det fortsatt vil være mulig å betrakte det som virkelig inert, eller om det virkelig kan danne stabile forbindelser i ekstreme forhold miljøer.
I atmosfæren er helium bare konsentrert i omtrent 1 del av 200.000. Det er ikke praktisk, kostnadseffektivt eller effektivt å trekke ut helium fra luften, så det er ikke slik folk får helium. I stedet produseres helium fra naturgass. Forurensninger som vann, sulfider og karbondioksider må først fjernes, og deretter den resulterende råoljen helium, som fremdeles inneholder andre elementer som argon, neon, hydrogen og nitrogen, blir renset på høyt nivå trykk. Denne råoljen blir deretter superkjølt. Argon og nitrogen blir flytende, og til slutt fordamper nitrogen. Helium skiller seg fra neon, nitrogen og hydrogen. Ekstra filtrering med aktivt kull fjerner andre gasser.
Helium finnes i noen naturgassforekomster rundt om i verden. Det er imidlertid ikke i alle naturgassforekomster. I USA ekstraheres helium fra brønner i Kansas, Oklahoma og Texas. Texas alene huser Federal Helium Reserve, hovedforsyningen for USA. Denne forsyningen er imidlertid synkende over tid. Det er også et stort heliumforekomster i Tanzania. Det er nå bare 14 planter i verden som foredler helium. Helium finnes også i råtnende radioaktive mineraler. Den er naturlig laget av kosmisk og røntgenbombardement av beryllium og litium.
Den krympende tilførselen av helium har blitt et stort tema. Avhengigheten av helium i moderne teknologi har økt, og tilbudet redusert som et resultat. Forskere jobber for å gjøre heliumproduksjon mer effektiv og bærekraftig. Nye metoder som resirkulering og flytende helium kan fungere i liten skala som kan hjelpe forskere. Dette kan bidra til å redusere kostnadene for helium når tilførselen synker.
Oppdagelsen av helium har ført til mange store nyvinninger. Etter hvert ville mange bruksområder med helium dukke opp. I det moderne liv er heliums betydning enorm innen teknologi, medisin og forskning.
Hva brukes Helium til?
Det er mange bruksområder for helium. Selvfølgelig brukes den til å fylle festballonger som gleder barn og voksne over hele verden. Helium erstattet hydrogen i luftskip, etter at hydrogen ble funnet å være svært reaktivt. Helium brukes til medisin, vitenskapelig forskning, lysbuesveising, kjøling, gass til fly, kjølevæske for kjernefysiske reaktorer, kryogen forskning og oppdage gasslekkasjer. Den brukes for sine kjøleegenskaper på grunn av at kokepunktet er nær absolutt null. Dette gjør det attraktivt for bruk i superledere. Helium brukes også til å sette raketter og andre romfartøy under trykk. Det brukes også som varmeoverføringsmiddel.
I medisin brukes noen ganger helium for å hjelpe pasienter med lungeproblemer som hindrede luftveier, astma og KOLS. Helium muliggjør bedre gassinntrengning til de distale alveolene i lungene, så det brukes til lungeventilasjon når det er medisinsk nødvendig. Helium brukes også til lungefunksjonstesting. Helium brukes også i noen laparoskopiske operasjoner i stedet for karbonmonoksid. Helium brukes noen ganger som en etikett for bildebehandling. Noen ganger brukes helium til kirurgi med åpent hjerte, blandet med oksygen og brukt som en tåke for lungene. Helium brukes også til å kjøle de superledende magneter i MR-skannere. Strålingsmonitorer bruker også helium.
Visste du at helium er viktig for dykkere? Helium erstatter nitrogen i dykkegassblandinger, slik at dykkere kan gå dypere under vann uten negative sentralnervesystemeffekter. Uten denne blandingen kan dykkere lide av trykkeffekter med tilstanden som kalles "bøyene".
Det er mange vitenskapelige bruksområder for helium. Large Hadron Collider bruker helium til kjøling. Helium ble brukt til å oppdage Higgs boson, et stort gjennombrudd i fysikk. Den brukes i kjernemagnetiske resonansspektrometre. Superledere kan bare fungere hvis de er omgitt av ekstrem kulde av helium, og helium har blitt brukt i romindustrien for kjøling av satellittinstrumenter og drivstoffkjølemiddel til romfartøy. Meteorologer bruker heliumfylte værballonger for værobservasjoner. Skannende elektronmikroskoper bruker noen ganger helium for bedre bildeoppløsning.
Helium spiller også en viktig rolle i bilsikkerheten. Den brukes til å fylle kollisjonsputer hvis et kjøretøy krasjer.
Helium lagres og sendes i flytende form, og det er ekstremt kaldt. Mangelen på reaktivitet gjør den ideell for beskyttende miljøer. Ikke bruk helium direkte. Det er så utrolig kaldt at det kan forårsake farlig forfrysninger.
Hvor finnes helium i hverdagen?
Du kan finne helium som brukes i hverdagen i forskjellige former. Den brukes som et løftemiddel, i festballonger, i dykkerblandinger og i optiske fibre. Sveisere bruker helium til sveising av buer i konstruksjonen. Leger og kirurger bruker helium for å hjelpe pasienter med lunge- og hjerteprosedyrer. Når du besøker en matbutikk og dagligvarene dine blir skannet, ser du sannsynligvis heliumneonlasere. Hvis du noen gang ser et blimp seilende overhead, kan du være sikker på at det blir holdt oppe av helium. Se om du kan se bruken av helium i hverdagen mens du går om dagen.
Er Helium en eksplosiv gass?
Helium er ikke en eksplosiv gass. Det er klassifisert som ikke-brennbart, noe som betyr at helium ikke kan brenne. Det er ekstremt kaldt i flytende form, så kaldt at det fryser andre gasser. Imidlertid, hvis beholderen utsettes for varme, kan selve beholderen sprekke. Flytende helium kan koke kraftig når det plasseres i vann, og dette kan føre til stort trykk inne i containere, noe som øker risikoen for at beholderne kan eksplodere fra trykket. Men i seg selv vil ikke helium eksplodere.
Hva er konsekvensene av å inhalere helium?
Du har kanskje hørt den humoristiske lyden av at noen puster inn litt helium fra en ballong. Å puste helium endrer tonehøyde for den menneskelige stemmen, noe som gjør den mye høyere, knirkende og tegneserieaktig. Problemet med å gjøre dette er at når du puster inn helium fra en ballong, puster du ikke luft. Menneskekropper trenger å puste luft for å fungere skikkelig, og for å få oksygen der det er behov for det i hjernen og kroppen. Selv å puste inn en liten mengde helium kan forårsake svimmelhet. Men det kan også føre til tap av bevissthet og forårsake kvelning. Fortsatt puste av helium kan til og med føre til døden av anoksi, noe som betyr sult av oksygen fra kroppen.